煤礦機(jī)電設(shè)備與粉塵治理相互作用關(guān)系探討

張慧君+司文

摘 要：通過對煤礦機(jī)電設(shè)備與井下作業(yè)點(diǎn)粉塵的產(chǎn)生、擴(kuò)散、危害和治理的相互作用分析，得出機(jī)電設(shè)備和粉塵復(fù)雜耦合作用關(guān)系。煤礦生產(chǎn)需求和機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是產(chǎn)生粉塵的主要作用力，高強(qiáng)度的井下作業(yè)產(chǎn)生了大量粉塵，粉塵對機(jī)電設(shè)備造成了嚴(yán)重影響和損害，同時粉塵治理措施的實(shí)施需要機(jī)電設(shè)備的參與。通過分析對涼水井煤礦機(jī)電設(shè)備和除塵措施的選擇和搭配提供理論依據(jù)，只有將粉塵治理與煤礦生產(chǎn)有機(jī)結(jié)合在一起才能達(dá)到環(huán)境治理與生產(chǎn)增效的雙贏。

關(guān)鍵詞：煤礦 ?機(jī)電 ?粉塵 ?作用

中圖分類號：TD164+.2 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0074-02

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，煤礦企業(yè)機(jī)械化、電氣化程度越來越高，社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展爆發(fā)了對煤炭的大量需求，煤礦都在不斷擴(kuò)大產(chǎn)能，作業(yè)強(qiáng)度越來越高，產(chǎn)量越來越大，煤礦機(jī)電設(shè)備在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中的作用與影響也日益擴(kuò)大，煤礦企業(yè)的機(jī)電設(shè)備費(fèi)用支出占煤礦開采成本的40%以上。與此同時，產(chǎn)量的增大與煤礦井下作業(yè)強(qiáng)度的提高，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)量和回采速度大幅提升，井下各作業(yè)點(diǎn)的粉塵產(chǎn)生量加大，尤其是掘進(jìn)面和采煤面，最高可達(dá)1000～3000 mg/m3，嚴(yán)重影響了煤礦井下作業(yè)人員的身體健康。

涼水井煤礦為現(xiàn)代化高產(chǎn)高效的礦井，機(jī)械化水平較高，開采強(qiáng)度大;主采煤層煤的堅(jiān)固性系數(shù)達(dá)到2.16，煤質(zhì)較硬。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，42109綜采工作面采煤機(jī)割煤時，能見度不到3 m;42112工作面輔運(yùn)巷綜掘工作面煤巷掘進(jìn)時，能見度不到2 m。工人的工作環(huán)境較差。

1 粉塵危害及產(chǎn)生機(jī)理

在現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)中，機(jī)電設(shè)備起著不可替代的作用。在我國統(tǒng)配煤礦中，煤炭產(chǎn)量中的2/3以上是依靠綜合機(jī)械化開采。

粉塵是煤礦主要災(zāi)害之一，可以導(dǎo)致礦工身患塵肺病，惡化井下作業(yè)環(huán)境，阻擋作業(yè)人員視線，影響機(jī)電設(shè)備精度和使用壽命，還會發(fā)生煤塵爆炸，造成重特大惡性事故[1-3]。因此，對煤礦粉塵的治理一直是安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容。

目前，井下機(jī)械化程度越來越高。煤炭回采主要依靠綜合機(jī)械化采煤;在井下巷道掘進(jìn)中也越來越多的采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行作業(yè)，代替以往的炮掘，提高了作業(yè)進(jìn)度和成形質(zhì)量，能更好的保障掘進(jìn)作業(yè)人員安全;有條件的礦井在井下煤炭的運(yùn)輸中已經(jīng)普遍采用皮帶運(yùn)輸，運(yùn)輸量大，成本低，設(shè)備回收率高;井下支護(hù)現(xiàn)在多采用錨桿或錨索配合網(wǎng)或梁進(jìn)行支護(hù)。以上所提到的井下作業(yè)以及其他未提到的井下作業(yè)工序均需使用機(jī)電設(shè)備，而在幾乎所有的井下作業(yè)地點(diǎn)和工序中均會產(chǎn)生粉塵，如打眼、放炮、掘進(jìn)、開采、落煤、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)運(yùn)和支架、移架等都會產(chǎn)生大量粉塵[1-4]。

因此，粉塵是在機(jī)電設(shè)備和煤（巖）的相互作用中產(chǎn)生的。機(jī)械作業(yè)的截割、撞擊、拋落、運(yùn)輸?shù)仁欠蹓m產(chǎn)生和擴(kuò)散的主要作用力。

2 粉塵對機(jī)電設(shè)備的影響

煤礦井下粉塵顆粒小，一般粉塵粒徑小于10 um。由于粉塵無孔不入的滲透性和浸入性，進(jìn)入設(shè)備的粉塵顆粒會產(chǎn)生破壞作用再加上風(fēng)流場的作用，加強(qiáng)了粉塵顆粒的滲透性，致使其對機(jī)電設(shè)備的影響更加嚴(yán)重。

（1）當(dāng)粉塵進(jìn)入機(jī)電設(shè)備的動作部分，如軸承、活塞等，會增大其磨擦系數(shù)，增加機(jī)械部件上的負(fù)荷，會加速動作部分的磨損，導(dǎo)電性差，降低設(shè)備的使用壽命，甚至整臺設(shè)備損壞;

（2）粉塵顆粒隨著風(fēng)流進(jìn)入電機(jī)后，很容易堵塞風(fēng)道，電機(jī)冷卻效果降低，溫升增高，嚴(yán)重時電機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn);

（3）當(dāng)粉塵進(jìn)入電機(jī)電器的動作部份，如電機(jī)的軸承、電器觸頭、接插件，會造成接觸不良，增加局部電流過載而使觸頭燒毀，線圈短路;進(jìn)入接線盒，由于粉塵積累，會增加溫升;當(dāng)粉塵進(jìn)入電機(jī)、電器等產(chǎn)品的繞組時，會降低其向空氣中的散熱性能，會引起絕緣繞組過熱，降低使用壽命;

（4）當(dāng)粉塵進(jìn)入發(fā)動機(jī)的汽缸中，會造成然料不純，堵塞過撼器，阻礙發(fā)電機(jī)供油系統(tǒng)的正常工作，同時，會明顯地加快汽缸、活塞和活塞環(huán)的磨損速度;

（5）當(dāng)粉塵進(jìn)入探測及監(jiān)控設(shè)備或探頭時，會影響設(shè)備精度，造成顯示結(jié)果不準(zhǔn)確。

3 機(jī)電設(shè)備在粉塵治理中的作用

煤礦井下粉塵對作業(yè)人員身體健康和安全生產(chǎn)有著嚴(yán)重威脅，粉塵治理勢在必行。目前采用的主要粉塵治理措施包括：煤層注水、噴霧除塵、通風(fēng)除塵、除塵器除塵、泡沫除塵等[2-3，5-10]。

機(jī)電設(shè)備是粉塵治理措施的實(shí)施者。井下粉塵治理措施一般會整合在機(jī)電設(shè)備中，如井下采煤機(jī)和掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)外噴霧，鉆機(jī)的濕式作業(yè);部分作業(yè)點(diǎn)的措施會額外安裝，如轉(zhuǎn)載點(diǎn)處的噴霧，巷道中的水幕簾;有些粉塵治理措施需要額外的設(shè)備或較復(fù)雜的工序，如除塵風(fēng)機(jī)、煤層注水、泡沫降塵等。其中除塵風(fēng)機(jī)是許多巖巷和低瓦斯巷掘進(jìn)時治理粉塵時和噴霧一起使用的除塵設(shè)備，可以提高除塵效率，減少水霧對作業(yè)空間和人員的影響，是一種使用較方便的措施。煤層注水可以從根本上減少粉塵的產(chǎn)生，但是工序較為復(fù)雜。泡沫除塵可以適用于巖巷和高瓦斯巷，降塵效果好，但是成本較高。

粉塵的治理需從“減、降、隔、除”四個方面綜合進(jìn)行，每一方面都離不開機(jī)電設(shè)備的參與。為提高粉塵的沉降效果，減少粉塵逸散，治理措施最后的作用點(diǎn)一般在塵源處，即機(jī)電設(shè)備與煤（巖）的作用點(diǎn)，如采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)外噴霧，泡沫除塵，除塵器除塵等均是作用在塵源處，將高濃度粉塵限制在一定范圍進(jìn)行沉降，一般可采用噴霧（或泡沫降塵）、附壁風(fēng)筒與除塵風(fēng)機(jī)（或除塵器）等聯(lián)合使用，可以起到互相促進(jìn)的作用。

4 結(jié)語

涼水井煤礦采、掘工作面防塵技術(shù)手段單一、工藝簡單?，F(xiàn)有的防塵技術(shù)均屬于基本的防塵措施。大多數(shù)防塵裝置機(jī)械型匹配度不高，且噴嘴堵塞較多，霧化效果有限，降塵效果較差。礦井防塵機(jī)械自動化程度不高，大部分防塵裝置需要人為開啟，比如巷道斷面噴霧、采煤機(jī)外噴霧及掘進(jìn)機(jī)外噴霧等，直接導(dǎo)致礦井防降塵設(shè)備使用率降低。

通過對煤礦機(jī)電設(shè)備與井下作業(yè)點(diǎn)粉塵的產(chǎn)生、擴(kuò)散、危害和治理的相互作用進(jìn)行分析，得出機(jī)電設(shè)備和粉塵的復(fù)雜耦合作用關(guān)系，從而對機(jī)電設(shè)備和除塵措施的選擇和搭配提供理論依據(jù)。在實(shí)踐中，只有將粉塵治理與煤礦生產(chǎn)有機(jī)結(jié)合在一起才能達(dá)到環(huán)境治理與生產(chǎn)增效的雙贏。涼水井煤礦為現(xiàn)代化高產(chǎn)高效的礦井，機(jī)械化水平較高，開采強(qiáng)度大，粉塵治理難度高，單一的方法不能達(dá)到理想的效果。因此，在礦井生產(chǎn)中進(jìn)行機(jī)電設(shè)備和除塵措施的選擇和搭配，通過采取相關(guān)的技術(shù)措施，達(dá)到生產(chǎn)與除塵聯(lián)動，有效減少了除塵設(shè)備和設(shè)施使用而增加的工作量，降低了除塵設(shè)施的操作難度，提高了除塵措施的有效性，使得采、掘工作面司機(jī)位置及采、掘機(jī)下風(fēng)側(cè)處總粉塵、呼吸性粉塵降塵效率達(dá)到80%以上，可有效增加井下設(shè)備使用壽命，減少塵肺病危害，保護(hù)井下人員身體健康，為今后涼水井煤礦粉塵治理工作提供很好的借鑒作用。

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